JP2017055261A - 直交復調器及び無線受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】妨害波信号の発生に関わりなく、熱雑音信号に基づくIQミスマッチを検出することができる直交復調器及び無線受信機を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、直交復調器は、低雑音増幅器３の出力信号を復調し、同相成分のアナログI信号及び直交成分のアナログQ信号を生成する、ミキサ４，５及び移相器６を含む直交復調部と、同相成分のアナログI信号と直交成分のアナログQ信号のIQミスマッチを検出するときに、低雑音増幅器３の出力信号に代えて、熱雑音信号が直交復調部へ与えられるように制御する制御部１８と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、直交復調器及び無線受信機に関する。

従来より、直交復調器を利用した無線受信機がある。無線受信機には、無線信号の同相成分と直交成分のずれ（以下、「IQミスマッチ」という）を補正して、受信データの信頼性を低下させない機能を有する装置がある。

無線受信機におけるIQミスマッチとは、IチャンネルとQチャンネルの間における利得誤差と位相誤差である。IQミスマッチは、直交復調器で用いられる９０度移相器の不完全性、IチャンネルとQチャンネルの経路長の差異、等によって生じる。

IQミスマッチを補正するために、送信側から受信側へのループバック回路中にフェイズシフト回路を設けてIQミスマッチの補正量を算出する方法があるが、この方法では、フェイズシフト回路を追加して設けるため、回路サイズが大きくなりかつ製造コストが増加するという問題がある。

そこで、回路サイズを大きくすることなく、IQミスマッチの補正精度の改善を行う技術として、例えば低雑音増幅器に混入される熱雑音を利用してIQミスマッチの補正をする方法が提案されている。

しかし、熱雑音を利用してIQミスマッチの補正をする方法では、受信信号などの妨害波信号が発生して熱雑音信号に混入すると、IQミスマッチを検出することができないという問題がある。

従って、妨害波信号を受信しているときは、IQミスマッチの補正はできない。そのため、妨害波信号が無いことを確認してから、IQミスマッチの補正パラメータを算出しなければならず、妨害波信号が無くなるまでIQミスマッチの補正ができないという問題がある。

特許第５３６１９２７号公報

そこで、実施形態は、妨害波信号の発生に関わりなく、熱雑音信号に基づくIQミスマッチを検出することができる直交復調器及び無線受信機を提供することを目的とする。

実施形態の直交復調器は、低雑音増幅器の出力信号を復調し、同相成分のアナログI信号及び直交成分のアナログQ信号を生成する直交復調部と、前記同相成分のアナログI信号と前記直交成分のアナログQ信号のIQミスマッチを検出するときに、前記低雑音増幅器の出力信号に代えて、熱雑音信号が前記直交復調部へ与えられるように制御する制御部と、を有する。

第１の実施形態に係わる、直交変復調器の構成を示す模式的ブロック図である。 第２の実施形態に係わる、直交変復調器の構成を示す模式的ブロック図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本実施形態に係わる直交変復調器の構成を示す模式的ブロック図である。

直交変復調器１は、無線受信機であり無線送信機でもある無線通信機１００内に設けられ、アンテナ２と、低雑音増幅器（以下、LNAと略す）３と、ミキサ４，５と、移相器６と、アナログデジタル変換器（以下、ADCと略す）７，８と、アンプ９と、可変利得増幅器（以下、VGAと略す）１０と、ミキサ１１，１２と、移相器１３と、デジタル・アナログ変換器（以下、DACと略す）１４，１５と、発振器１６と、スイッチ１７と、制御部１８と、アンテナ切替スイッチ１９と、補正部２０と、補正制御部２１と、復調部２２と、変調部２３とを有している。

アンテナ２は、送信状態と受信状態を切り替えるアンテナ切替スイッチ１９に接続されている。
アンテナ切替スイッチ１９は、制御部１８により制御され、LNA３と、アンプ９に接続されている。

LNA３は、アンテナ２の出力信号を低雑音で増幅する回路である。LNA３の出力信号は、信号線L1を介して、ミキサ４の入力端とミキサ５の入力端に接続される。
ミキサ４と５には、移相器６が接続されている。ミキサ４、５と移相器６を含む回路が直交復調部を構成する。

移相器６は、ローカル発振器である発振器１６に接続されている。移相器６には、発振器１６からのローカル信号が入力され、移相器６は、互いに９０度位相がずれた信号をミキサ４と５に出力する。

ミキサ４と５の出力は、それぞれADC７と８の入力端に接続されている。
ミキサ４は、LNA３の出力信号にローカル信号を乗算して、同相成分のアナログ信号（以下、アナログI信号Aiという）を生成してADC７に出力し、ADC７は、同相成分のデジタル信号（以下、デジタルI信号Diという）を出力する。

ミキサ５は、LNA３の出力信号にローカル信号を乗算して、直交成分のアナログ信号（以下、アナログQ信号Aqという）を生成して、ADC８に出力し、ADC８は、直交成分のデジタル信号（以下、デジタルQ信号Dqという）を出力する。

すなわち、ミキサ４、５と移相器６を含む直交復調部は、低雑音増幅器３の出力信号を復調し、同相成分のアナログI信号及び直交成分のアナログQ信号を生成する。そして、ADC７は、アナログI信号を同相成分のデジタルI信号に変換し、ADC８は、アナログQ信号を直交成分のデジタルQ信号に変換する。

デジタルI信号DiとデジタルQ信号Dqは、補正部２０と補正制御部２１に入力される。補正制御部２１は、例えば、特許第５３６１９２７号公報に開示のような演算式によりIQ振幅ミスマッチ量とIQ位相ミスマッチ量を算出して、IQ振幅ミスマッチ量とIQ位相ミスマッチ量を含む補正パラメータCpを補正部２０に出力する。補正制御部２１の動作は、制御部１８からの補正制御信号CNTにより制御される。すなわち、補正制御部２１は、特許第５３６１９２７号公報に開示のように、デジタルI信号とデジタルQ信号に基づいて、補正パラメータを算出して生成する補正パラメータ生成部を構成する。

補正部２０は、補正パラメータCpを用いてIQミスマッチ補正演算を行って、デジタルI信号Di及びデジタルQ信号DqのIQミスマッチを補正して、補正した補正I信号Dia及び補正Q信号Dqaを復調部２２に出力する。

すなわち、補正部２０は、特許第５３６１９２７号公報に開示のように、補正パラメータCpを用いて一次変換演算を行い、デジタルI信号及びデジタルQ信号のIQミスマッチを補正し、補正I信号Dia及び補正Q信号Dqaを生成する。

復調部２２は、入力された補正I信号Dia及び補正Q信号Dqaに基づいて、復調信号を生成する。
変調部２３は、入力された送信データ列に基づいて、同相成分のデジタルI信号Diと直交成分のデジタルQ信号Dqを生成し、それぞれDAC１４と１５の入力端へ供給する。

以上のように、受信モード時、アンテナ２で受信された無線信号は、LNA３で増幅され、ミキサ４、５でアナログI信号AiとアナログQ信号Aqが生成される。アナログI信号AiとアナログQ信号Aqは、それぞれADC７と８でデジタルI信号DiとデジタルQ信号Dqに変換される。ADC７と８から出力されるデジタルI信号DiとデジタルQ信号Dqは、補正制御部２１に入力されて、補正パラメータCpが算出される。補正部２０が補正パラメータCpに基づいて、デジタルI信号DiとデジタルQ信号Dq に対するIQミスマッチ補正を行って、復調部２２に出力することによって、復調信号が生成される。

また、送信信号である、同相成分のデジタルI信号Diと直交成分のデジタルQ信号は、変調部２３で生成され、それぞれDAC１４と１５の入力端に入力される。
DAC１４と１５の出力は、それぞれミキサ１１の入力端とミキサ１２の入力端に接続される。DAC１４と１５は、それぞれアナログI信号AiとアナログQ信号Aqを生成して、ミキサ１１の入力端とミキサ１２の入力端に出力する。

ミキサ１１と１２には、移相器１３が接続されている。ミキサ１１、１２と移相器１３を含む回路が直交変調器を構成する。
移相器１３は、発振器１６に接続されている。移相器１３には、発振器１６からのローカル信号が入力され、移相器１３は、互いに９０度位相がずれた信号をミキサ１１と１２に出力する。

ミキサ１１と１２の出力は、VGA１０の入力端に接続されている。ミキサ１１は、ADC１４からの送信信号にローカル信号を乗算した信号をVGA１０に出力する。ミキサ１２は、ADC１５からの送信信号にローカル信号を乗算した信号をVGA１０に出力する。

VGA１０の利得は、制御部１８により制御可能となっており、VGA１０の出力は、アンプ９に接続されている。アンプ９の出力は、信号線L2を介してアンテナ切替スイッチ１９に接続されている。

以上のように、アンプ９とVGA１０は、直交変調器を構成するミキサ１１，１２に接続されて、ミキサ１１，１２の出力を増幅する増幅器である。
送信モード時、送信信号は、変調部２３において生成され、DAC１４と１５においてアナログI信号AiとアナログQ信号Aqに変換される。アナログI信号AiとアナログQ信号Aqは、ミキサ１１と１２で直交変調され、VGA１０などで増幅されて、アンテナ２から送信される。

スイッチ１７は、LNA３とミキサ４、５との間の信号線L1と、アンプ９とアンテナ切替スイッチ１９との間の信号線L2と、を繋ぐ信号線L3に設けられている。スイッチ１７は、通常はオフ状態であり、IQミスマッチの検出が行われるとき、制御部１８からの制御信号CS1によりオン状態すなわち導通状態となる。

スイッチ１７の開閉は、制御部１８からの制御信号CS1により制御される。すなわち、スイッチ１７は、アンプ９の出力を、直交復調部を構成するミキサ４，５へ入力するためのスイッチである。

また、LNA３は、制御部１８からの制御信号CS2により、パワーオフ可能となっている。例えば、制御部１８は、制御信号CS2を出力して、LNA３の回路への電源の供給を制御するスイッチをオフにすることによって、LNA３を、パワーオフ、すなわち動作を停止させることができる。また、制御部１８が制御信号CS2を出力しないと、LNA３の回路への電源の供給を制御するスイッチはオンとなり、LNA３は動作状態となる。

同様に、ミキサ１１、１２及び移相器１３も、制御部１８からの制御信号CS3により、パワーオフ可能となっている。例えば、制御部１８は、制御信号CS3を出力して、ミキサ１１、１２と移相器１３の回路への電源の供給を制御するスイッチをオフにすることによって、ミキサ１１、１２及び移相器１３を、パワーオフ、すなわち動作を停止させることができる。また、制御部１８が制御信号CS3を出力しないと、ミキサ１１、１２及び移相器１３への電源の供給を制御するスイッチはオンとなり、ミキサ１１、１２及び移相器１３は動作状態となる。

ミキサ１１、１２及び移相器１３がパワーオフすると、VGA１０は、熱雑音を増幅し、熱雑音信号をアンプ９へ出力する。すなわち、熱雑音信号は、ミキサ１１，１２と移相器１３により構成される直交変調器が変調動作をしていないときにおける、アンプ９から出力される出力信号に含まれる。

制御部１８は、直交変復調器１を含む無線通信機１００の全体を制御する。

よって、直交変復調器１は、制御部１８の制御の下、アンテナ切替スイッチ１９を制御して、無線信号による送受信を行うように動作すると共に、IQミスマッチを検出するとき、制御部１８の制御の下、上述した制御信号CS1,CS2,CS3を、それぞれスイッチ１７，LNA３，及びミキサ１１、１２及び移相器１３に出力すると共に、補正制御部２１の動作を制御する補正制御信号CNTを生成して出力する。
（作用）
次に、直交変復調器１における、熱雑音信号に基づくIQミスマッチの検出動作について説明する。

制御部１８は、IQミスマッチ検出処理を所定のタイミングで実行する。
所定のタイミングは、例えば、無線通信機１００が送受信を行っていないと判断された時、あるいはテストモード時、等々のタイミングである。

無線通信機１００がこのような所定のタイミングにあるとき、制御部１８は、制御信号CS1,CS2,CS3を、それぞれスイッチ１７，LNA３，及びミキサ１１、１２及び移相器１３を含む直交変調部に出力する。

その結果、スイッチ１７は、制御信号CS1によりオン状態となり、LNA３は、制御信号CS2によりパワーオフ状態となり、ミキサ１１、１２及び移相器１３を含む直交変調部も制御信号CS3によりパワーオフ状態となる。

すなわち、制御部１８は、IQミスマッチを検出するときに、LNA３が増幅動作をしないようにさせるための制御信号CS2を出力すると共に、制御信号CS3を出力することにより、ミキサ１１，１２及び移相器１３を含む直交変調器が変調動作をしないようにさせる。さらに、制御部１８は、同相成分のアナログI信号と直交成分のアナログQ信号のIQミスマッチを検出するときに、アンプ９の出力を直交復調部を構成するミキサ４，５へ入力するようにスイッチ１７の切り替え制御を行って、低雑音増幅器３の出力信号に代えて、熱雑音信号がミキサ４，５へ与えられるように制御する。

LNA３がパワーオフ状態となり、妨害波信号である受信信号がミキサ４、５に入力されない。よって、IQミスマッチ検出時は、妨害波がミキサ４，５に入力されない。
さらに、ミキサ１１、１２及び移相器１３がパワーオフ状態となり、送信動作のための直交変調器が動作しないので、発振器１６の負荷は、受信状態における負荷と一致する。すなわち、ミキサ１１、１２及び移相器１３がパワーオフ状態になり、送信動作のための変調回路の影響を受けないで、受信動作のための復調回路だけで動作させているときの負荷と同じ負荷で、受信時のIQミスマッチの検出及び補正を行うことができる。

ミキサ１１、１２及び移相器１３がパワーオフ状態であるので、VGA１０及びアンプ９から出力される信号は、熱雑音信号である。制御部１８は、熱雑音信号を所定の大きさにするために、VGA１０の利得を制御する。

熱雑音信号は、アンプ９からスイッチ１７を介してミキサ４、５へ供給される。ミキサ４と５から出力されたアナログI信号AiとアナログQ信号Aqは、それぞれADC７と８でデジタルI信号DiとデジタルQ信号Dqに変換されて、補正制御部２１に入力されて、補正パラメータCpが算出される。補正部２０が補正パラメータCpに基づいて、デジタルI信号DiとデジタルQ信号Dq に対するIQミスマッチ補正を行って、IQミスマッチが補正された補正I信号Dia及び補正Q信号Dqaが復調部２２に出力される。

以上のように、本実施形態によれば、妨害波信号の発生に関わりなく、熱雑音信号に基づくIQミスマッチを検出することができる直交復調器及び無線受信機を提供することができる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、直交復調器のIQミスマッチの検出のために、直交変調器の出力を熱雑音源として使用しているが、第２の実施形態では、直交変調器とは独立した熱雑音源が利用される。
なお、第２の実施形態において、第１の実施形態の直交変復調器１と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明は省略し、異なる構成について説明する。

図２は、第２の実施形態に係わる直交変復調器の構成を示す模式的ブロック図である。図２に示すように、無線通信機１００に含まれる直交変復調器１Aは、熱雑音源３１を有する。

熱雑音源３１は、ダイオード、抵抗器などを含む回路であり、所定の電流をダイオードなどに流すことにより、熱雑音信号を出力する。
スイッチ３２が、信号線L1に設けられており、熱雑音源３１とスイッチ３２は、アンプ３３を介して接続されている。よって、熱雑音源３１が出力する熱雑音信号は、アンプ３３によって所定の大きさに増幅される。なお、熱雑音源３１から出力される熱雑音信号の出力レベルが十分大きい場合は、アンプ３３はなくてもよい。

スイッチ３２は、直交復調部を構成するミキサ４，５への入力を、LNA３の出力と、アンプ３３の出力のいずれかに選択的に切り替えるスイッチである。
スイッチ３２の開閉は、制御部１８Aからの制御信号CS11により制御される。スイッチ３２は、制御信号CS11を受けていないときは、LNA３の出力をミキサ４，５に供給する第１の状態となり、制御信号CS11を受けているとき、アンプ３３の出力をミキサ４，５に供給する第２の状態となる。

すなわち、制御部１８Aは、制御信号CS11により、IQミスマッチを検出するときに、熱雑音源３１あるいはアンプ３３の出力をミキサ４，５へ入力するようにスイッチ３２を切り替える。

次に、直交変復調器１Aにおける、熱雑音信号に基づくIQミスマッチの検出動作について説明する。
制御部１８Aは、第１の実施形態で説明したIQミスマッチ検出処理のタイミングと、同様の所定のタイミングで実行する。すなわち、所定のタイミングは、例えば、無線通信機１００が送受信を行っていないと判断された時、あるいはテストモード時、等々のタイミングである。

制御部１８は、所定のタイミングで、制御信号CS11を、スイッチ３２に出力する。
スイッチ３２は、制御信号CS11により、増幅された熱雑音信号すなわちアンプ３３の出力をミキサ４，５に供給する第２の状態となる。よって、IQミスマッチ検出時は、LNA３からの出力がミキサ４，５に供給されず、妨害波信号である受信信号がミキサ４、５に入力されない。

熱雑音信号は、スイッチ３２からミキサ４、５へ供給される。ミキサ４と５から出力されたアナログI信号AiとアナログQ信号Aqは、それぞれADC７と８でデジタルI信号DiとデジタルQ信号Dqに変換されて、補正制御部２１に入力されて、補正パラメータCpが算出される。補正部２０が補正パラメータCpに基づいて、デジタルI信号DiとデジタルQ信号Dq に対するIQミスマッチ補正を行って、IQミスマッチが補正された補正I信号Dia及び補正Q信号Dqaが復調部２２に出力される。

以上のように、本実施形態によれば、妨害波信号の発生に関わりなく、熱雑音信号に基づくIQミスマッチを検出することができる直交復調器及び無線受信機を提供することができる。

なお、上述した２つの実施形態では、IQミスマッチの検出処理を実行する所定のタイミングは、無線通信機が送受信を行っていない時あるいはテストモード時であるが、複数のアンテナに対応するMIMO（multiple-input and multiple-output）技術を利用した送受信機の場合は、複数のアンテナの中、受信用のあるアンテナが不使用状態になった時に、その不使用状態の受信アンテナについて対して、上述したIQミスマッチの検出処理を行うようにしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１A 直交変復調器、２ アンテナ、３ 低雑音増幅器、４，５ ミキサ、６ 移相器、９ アンプ、１１，１２ ミキサ、１３ 移相器、１６ 発振器、１７ スイッチ、１８、１８A 制御部、１９ アンテナ切替スイッチ、２０ 補正部、２１ 補正制御部、２２ 復調部、２３ 変調部、３１ 熱雑音源、３２ スイッチ、３３ アンプ、１００ 無線通信機。

Claims (10)

1. 低雑音増幅器の出力信号を復調し、同相成分のアナログI信号及び直交成分のアナログQ信号を生成する直交復調部と、
   前記同相成分のアナログI信号と前記直交成分のアナログQ信号のIQミスマッチを検出するときに、前記低雑音増幅器の出力信号に代えて、熱雑音信号が前記直交復調部へ与えられるように制御する制御部と、
   を有する直交復調器。
2. 直交変調器に接続されて前記直交変調器の出力を増幅する増幅器を有し、
   前記熱雑音信号は、前記直交変調器が変調動作をしていないときにおける前記増幅器の出力信号に含まれる請求項１に記載の直交復調器。
3. 前記増幅器の出力を、前記直交復調部へ入力するためのスイッチを有し、
   前記制御部は、前記IQミスマッチを検出するときに、前記増幅器の出力を前記直交復調部へ入力するように前記スイッチの切り替え制御を行う請求項２に記載の直交復調器。
4. 前記制御部は、前記IQミスマッチを検出するときに、前記直交変調器が前記変調動作をしないようにさせるための第１の制御信号を出力する請求項２又は３に記載の直交復調器。
5. 前記制御部は、前記IQミスマッチを検出するときに、前記低雑音増幅器が増幅動作をしないようにさせるための第１の制御信号を出力する請求項４に記載の直交復調器。
6. 前記熱雑音信号を出力する熱雑音源を有する請求項１に記載の直交復調器。
7. 前記熱雑音源が出力する前記熱雑音信号を増幅する増幅器を含み、
   前記熱雑音信号は、前記増幅器により増幅された前記熱雑音信号である請求項６に記載の直交復調器。
8. 前記直交復調部への入力を、前記低雑音増幅器の出力と、前記熱雑音源あるいは前記増幅器の出力のいずれかに切り替えるスイッチと、
   を有し、
   前記制御部は、前記IQミスマッチを検出するときに、前記熱雑音源あるいは前記増幅器の出力を前記直交復調部へ入力するように前記スイッチを切り替える請求項７に記載の直交復調器。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の直交復調器を有する無線受信機。
10. 前記アナログI信号を前記同相成分のデジタルI信号に変換し、前記アナログQ信号を前記直交成分のデジタルQ信号に変換するアナログデジタル変換器と、
    前記デジタルI信号と前記デジタルQ信号に基づいて、補正パラメータを算出して生成する補正パラメータ生成部と、
    前記補正パラメータを用いて一次変換演算を行い、前記デジタルI信号及び前記デジタルQ信号のIQミスマッチを補正し、補正I信号及び補正Q信号を生成する補正部と、
    前記補正I信号及び前記補正Q信号を復調し、復調信号を生成する復調部と、
    を有する請求項９に記載の無線受信機。

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